第四章 血液循环_生物电.ppt.Convertor

心肌的生物电现象 Bioelectrical Phenomena of Myocardium 心肌的四大生理特性 Physiological Properties 兴奋性 Excitability 自动节律性 Automatic Rhythmicity 传导性 Conductivity 收缩性 Contractility 电生理特性 Electrophysiological Properties 机械特性 Mechanical Property 一、心肌细胞的类型： 根据组织学特点、电生理特性及功能上的区别，粗略分为两类： 1、工作细胞：普通心肌细胞，无自律性，具有较强的收缩性，具有兴奋性和传导性。（心房肌细胞和心室肌细胞）。 2、自律细胞：特殊分化的心肌细胞，但收缩功能基本丧失，具有兴奋性和传导性，具有自动节律性，（窦房结、房室交界、房室束及左右束支浦、肯野纤维-——传导系统）。 房室交界 房结区 结区（房室节，无自律性，只有兴奋性和传导性） 结希区 二、心肌细胞的跨膜电位及形成 (一) 工作细胞的跨膜电位及其离子基础（心室肌） 1、 静息电位 Resting Potential 人和哺乳类动物心室肌的静息电位约为-80-90mV（钾离子的平衡电位）。（内向整流钾离子通道 IK1） 阈电位 Threshold Potential：-70mV。 2、 动作电位 Action Potential 200~300ms 由去极相和复极相组成，与骨骼肌不同，持续时间长，分为五个时期。 心室肌细胞的动作电位 心肌细胞动作电位模式图 A. 心室肌； B. 心房肌； C. 窦房结 P 细胞 纵轴： mV ；横轴： C 的扫描速度为 A 、 B 的一半 去极化过程Depolarization (0期 Phase 0) 1～2ms （动作电位的振幅 120mV）。-90 +30 (2)快速复极初期Early Phase of Rapid Repolarization (l期 Phase 1) 10ms。+30 0 (3) 平台期Plateau (2期 Phase 2)： 0左右 心肌动作电位的特征 100~150ms。 （动作电位时间长，不应期长，不发生强直收缩） (4) 快速复极末期Terminal Phase of Rapid Repolarization (3期 Phase 3) 100~150ms。 0-3期——动作电位的时程 （ 0 -90） (5) 静息期Resting Phase (4期 Phase 4)。 3、动作电位产生机制 0期：快Na+通道激活，并出现再生性 Na+ 内流，形成Na+内向电流。 使0期去极速度快，幅度大，这类细胞称为快反应细胞 fast response cell)，其动作电位称快反应电位(fast response potential)。（速度和幅度）。 快Na+通道的特点: ① 电压依从性，阈电位–70mV 。 ② 激活快、失活也快。 ③可被TTX（敏感性低）或细胞膜的持续低极化状态阻断。 1期：Na+通道失活，Na+内流终止， Ito，一过性外向离子电流，短暂的K+外向电流。 2期：Ca2+内向电流和K+外向电流综合的结果。 早期: 外向电流=内向电流，膜电位0mV左右。 晚期：外向电流＞内向电流，膜电位趋向降低慢。 K+有IK1 和IK L-Ca2+通道特征（通透性）： 激活、失活、复活慢，又称慢Ca2+通道 Slow Ca2+ Channel 对Ca2+具有相对选择性：PCa2+比PNa+高70－100倍 电位依从性：TP-40mV 可被Mn2+和多种Ca2+阻断剂（维拉帕米-异博定）阻断 3期：Ca2+通道完全失活出现IK（延迟整流电流）去极化到-40mv开始激活，复极化到-50mv开始失活 4期：钠－钾泵Na+-K+ Pump 和钠－钙交换（继发） 豚鼠心室肌细胞内向整流钾电流 I K1的电流-电压曲线 Em ：膜电位  Er ：转向电位； Eth ：阈电位（注意去极化时曲线的内向移动） (二) 自律细胞的跨膜电位及其离子机制 Transmembrane Potentials of Autorhythmic Cells and Its Ionic Mechanisms 工作细胞 自律细胞 安静时膜电位稳定 4期自动去极化 Phase 4 Spontaneous Depolarization 静息电位 最大复极电位 Maximal Repolarization Potential 自律细胞和工作细胞跨膜电位的比较 4期自动去极化是自律细胞产生自动节律性的基础 1、浦肯野细胞 Purkinje Cells 属快反应自律细胞 MRP -90mV TP -70mV 动作电位形状与心室肌类似（除4期外） 离子机制 Ionic Mechanism: 0期~3期：与心室肌同。 4期： (1) 起搏电流 If (Funny Current, Pacemaker Current) 主要属超极化激活的非特异性内向电Na+(主要)、K+ 。 (2) Ik衰减 Ik Decay。（延迟整流电流）。 If 的特点： a、电压依从性： 开始激活── 复极达-60mV 充分激活── -100mV 失 活── 去极-50mV b、阻断剂：Cs，TTX不能阻断。 C、 If 通道开放缓慢，4期自动去极速率小，自动节律性低。 2、窦房结自律细胞（起搏细胞）： Autorhythmic Cells in SA Node 动作电位形状与浦肯野细胞的明显不同。 0期除极幅度和速度小。没有明显的复极1期和平台期。4期自动除极速度快（为正常起搏点）。 属慢反应自律细胞，MRP -70mV，TP -40mV。 离子机制 Ionic Mechanism: 0期：LCa（Ca2+，少量Na+）。 慢反应细胞 Slow Response Cells。 慢反应电位 Slow Response Potential。 3期：Ca2+通道逐渐失活 K+通道激活（Ik）. 4期（多种离子流，内向大于外向离子流） （1）Ik衰减Ik Decay──主要离子基础 复极达-50mV开始失活。（甲磺酰本胺类药物） （2） Ca2+内流:通过T型Ca2+通道 阻断剂：镍。（后期参与，去极化到-50mv激活） L型：Ica-L(long lasting)为0期和平台期的慢通道，阈电位-30~ -40mV，儿茶酚胺可影响。 T型：Ica-T(transient) 的阈电位-50~ -60mV，被镍阻断，不受一般的钙通道阻断剂和儿茶酚胺的影响。 （3） If电流。 为非特异性慢内向电流。 最大激活电位为-100mv Cs能阻断 窦房结 P 细胞 4 期去极化和动作电位发生原理示意图 三、心肌细胞的电生理类型 根据0期特征和原理进行分类 快反应细胞：心房肌、心室肌、房室束和 浦肯野细胞, 传导速度快。 慢反应细胞：窦房结P细胞和房室交界的细胞。 快反应非自律细胞：心房肌、心室肌细胞。 快反应自律细胞：房室束和 浦肯野细胞。 慢反应自律细胞：窦房结细胞P. 快、慢反应细胞动作电位的比较 快反应动作电位 慢反应动作电位 动作电位分期 5期（0、1、2、3、4） 3期（0、3、4） 静息电位（最大复极电位） 大（-85～-95mV） 小（-60～-70mV） 0期离子通道 快钠通道 慢钙离子通道 通道阻断剂 TTX 维拉帕米（异搏定 ） 0期去极化速度 快 慢 0期去极化副度 高 低 传导速度 快 慢 心肌的四大生理特性 Physiological Properties 兴奋性 Excitability 自动节律性 Automatic Rhythmicity 传导性 Conductivity 收缩性 Contractility 电生理特性 Electrophysiological Properties 机械特性 Mechanical Property 兴奋性 Excitability 定义──心肌具有在受到刺激时产生动作电位的能力，即兴奋性 衡量指标──可采用阈值Threshold（刺激） 决定和影响心肌兴奋性的因素（K+） Factors Affecting Excitability 静息电位水平（最大复极电位） 阈电位水平 0期去极化的离子通道状态 激活（activated） 失活(inactivated) 备用(resting)（关闭） 距离 钠离子通道是否处于备用状态，是心肌细胞当时是否具有兴奋性的前提，而静息电位水平又决定了钠离子的备用状态。 高血钾和低血钾症 心肌兴奋性的周期性变化 Periodic Changes in Excitability 以心室肌工作细胞为例 ⑴有效不应期：（Effective refractory period ERP）：0期开始复极-60mV， 包括绝对不应期，局部反应 ⑵相对不应期（Relative refractory period RRP）：–60mV  -80mV ⑶ 超常期（Supra normal period，SNP）：-80mV  -90mV （1） 有效不应期Effective Refractory Period 绝对不应期 Absolute Refractory Period 0期去极→复极-55mV 局部反应期 Local Response Period 复极-55mV → -60mV 绝对不应期+局部反应期=有效不应期 接受刺激不能产生动作电位，钠离子通道完全失活或恢复数量太少。 （2）相对不应期 复极-60mV → -80mV Na+通道开放能力尚未恢复正常 需要较大刺激，钠离子通道大部恢复，但没有完全恢复正常，所长生动作电位0期速度和幅度都较小 （3）超常期 Supernormal Period： 复极-80mV → -90mV Na+通道基本复活，RP与TP接近，但钠通道回复过程还没有全部完成，所长生动作电位0期速度和幅度都低于正常 心室肌细胞的动作电位、机械收缩曲线与兴奋性变化的关系 心肌细胞动作电位与兴奋性的变化 A. 在复极化的不同时期给予刺激所引起的反应 （a 为局部反应，b、c 和 d 为 0 期去极化速度和幅度都减小的动作电位） B. 用阈值变化曲线表示心肌细胞兴奋后兴奋性的变化 兴奋性周期性变化与心肌收缩活动的关系 不发生完全强直收缩，收缩和舒张相继交替 期前收缩与代偿间歇(compensatory pause) 心肌在相对不应期或超常期中受到先于窦房结正常冲动传来之前发生的额外刺激产生的兴奋叫期前兴奋 Premature Excitation， 所引起的收缩称为期前收缩 Premature Contraction 或期外收缩 Extrasystole 一次期前收缩之后出现的一段较长时程的舒张期，称为代偿间歇 Compensatory Pause 期前收缩和代偿间歇 虚线指示给予刺激时间；曲线 1-3 ：刺激落在有效不应期，不引起反应； 曲线 4-6 ：刺激落在相对不应期，引起期前收缩和代偿间歇 自律性 Automatic Rhythmicity or Autorhythmicity 定义──组织、细胞能在没有外来刺激的下，自动地发生节律性兴奋的特性，称为自动节律性，简称自律性。（自动去极化） 含义 自动性 Automaticity 节律性 Rhythmicity 衡量指标 频率Frequency 规律性Regularity 1、心脏的正常起搏点和窦性心律 特殊传导系统具有自律性 窦房结P → 房室交界 → 浦肯野纤维 60-100次/分 40-60次/min 15-40次/min 正常起搏点Normal Pacemaker－－窦房结 窦性心律（窦性心律过速、过缓和不齐）。 潜在起搏点Latent Pacemaker－－其它自律组织。 异位起搏点Abnormal Pacemaker和异位节律。 房室交界心律（窦房结功能障碍或传导受阻） 心室自身心律（双结病变）。 病态窦房结综合征。 人工心脏起搏。 2、窦房结对潜在起博点的控制机制： (1) 抢先占领 Capture（自律性高控制自律性低） (2) 超速驱动压抑 Overdrive Suppression 高频率兴奋导致潜在起博点细胞内Na+、Ca2+及细胞外K+浓度增高， 从而导致细胞膜超极化。（潜在起搏点的恢复需要一定时间） 其程度决定于 二者间自动兴奋的频率差别:频率差大，则压抑效应强 超速驱动的时间:时间长，则压抑效应强 3、决定和影响心肌自律性的因素（电生理） Factors Affecting Autorhythmicity （1）4期自动去极化速度 儿茶酚胺可以增强If离子流，提高普肯野自律性 （2） 最大复极电位水平 （3） 阈电位水平 迷走神经能使心率降低，增大了复极电位 决定自律性的因素 A. 4 期去极化速率由 a 减小到 b 时自律性降低； B. 最大复极电位由 a 超极化到 d ，或阈电位由 TP -1 升 到TP-2 时， 自律性均降低 TP ：阈电位 衡量指标──传导速度Velocity 1、心脏内兴奋的传播 Spread of Cardiac Impulse through the Heart（同一细胞和细胞间，心房、心室合胞体和电突触） 窦房结 → 心房肌 → 房室交界 0.05m/s 0.4~1m/s 0.02~0.05m/s 房室束 → 浦肯野纤维网 → 心室肌 1.2~2.0m/s 2.0~4.0m/s 1.0m/s 三、传导性 Conductivity 窦房结；位置和组成（P细胞和T细胞）。 心房肌：细胞间传导，优势传导通路。 房室交界：是心房传向心室唯一通路，房结区、结区和结希区，潜在起搏点和房室延搁。 定义：窦性节律兴奋通过房室交界区时，传导速度显著减慢使兴奋在此延搁一段时间，称为房室延搁 （0.1s） 生理意义：使心室在心房收缩完毕才开始收缩，不致于产生房室收缩重叠的现象，有利于心室充盈。 传导障碍和心律失常 2、决定和影响传导性的因素 （1）结构因素：心肌细胞的直径和缝隙连接数量 直径↑→ 电阻 ↓ →传导性↑ （2）生理因素：心肌细胞电生理特性是决定和影响导性的主要因素（局部电流） ① AP 0期除极的速度和幅度 0期除极化速度 ↑ → 局部电流产生的速率↑→ 去极化达到阈电位的时间 ↓ → 传导性↑ 0期除极化幅度↑ → 局部电流强度↑ → 传播距↑ → 传导性↑ 快慢反应细胞的主要差别。 0期去极化的速度和幅度受什么因素影响？ Na+通道开放速度的快慢和数量的多少，称为Na+通道的效率 Na+ Channel Efficiency 或Na+通道的可用性 Na+ Channel Availability 膜电位大 → Na+通道开放速度快 → 0期去极化速度快 膜电位大 → Na+通道开放数量多 →0期去极化幅度大 膜反应曲线 心肌细胞动作电位与兴奋性的变化 A. 在复极化的不同时期给予刺激所引起的反应 （a 为局部反应，b、c 和 d 为 0 期去极化速度和幅度都减小的动作电位） B. 用阈值变化曲线表示心肌细胞兴奋后兴奋性的变化 ② 邻近未兴奋膜的兴奋性 1）静息电位和阈电位的差距。 2）邻近未兴奋膜决定0期除极的离子通道状态 不应期是导致兴奋传导障碍的重要原因。 四、心肌细胞的机械特性—收缩性 （一）心肌收缩的特点 1、同步收缩（全或无式收缩） 2、不发生强直收缩 3、对细胞外Ca2+的依赖性 心肌细胞的肌质网很不发达,贮Ca2+量比骨骼肌少。 心肌细胞收缩所需Ca2+除从终池释放外,还需由细胞外液Ca2+内流补充（2期），故心肌收缩对[Ca2+]o依赖性较大。 在一定范围内: [Ca2+]o↑→Ca2+内流↑→肌缩力↑ [Ca2+]o↓→Ca2+内流↓→肌缩力↓ [Ca2+]o↓→Ca2+内流无→兴奋收缩脱耦联　 低氧和酸中毒：氢离子增多， Ca2+与肌钙蛋白结合降低，肌缩力↓ 交感N和儿茶酚胺： Ca2+内流↑→肌缩力↑ 心电图 Electrocardiogram，ECG 将测量电极放置在人体表面的一定部位出来的心脏电变化曲线，就是临床上记录的心电图反映了心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化 正常人心电模式图 心肌细胞动作电位与心电图的关系 动作电位 心电图 细胞内 细胞外 单个细胞 整个心脏的心肌细胞 细胞膜内外电位差 体表两电极间电位差 电位幅度大(可>100mV) 幅度小(数mV) 心电图的来源：心肌细胞的生物电与心脏的机械收缩活动无直接关系 (一)常规体表心电图导联 3个导联 (L1、L2、L3) 3个加压单极肢体导联 (aVR、aVL、aVF) 3-6个心前导联 (Vl、V2、V3、V4、V5、V6) aVL aVR Avf Ⅰ Ⅱ Ⅲ 1.标准导联与加压肢体导联 V1 V2 V3 V4 V5 2.胸导联 I II III aVR aVL aVF V1 V2 V3 V4 V5 V6 (二)正常典型体表心电图波形的生理意义 1、P波：由左右两心房的去极化过程所产生 2、QRS波群：代表 左右两心室去极化过程的电位变化 3、T波：是心室复极化过程中所发生的电位变化 4、U波：可能为心室肌细胞电生理异质性现象所引起 5、PR段：表示兴奋通过房室交界区时传导速度非常缓慢，所产生的电位变化也很微弱，一般记录不出来，与基线处于同一水平 6、P-R间期：代表心房开始兴奋到心室开始兴奋所需的时间（0.12～0.20s） 7、ST段：代表心室各部均已进入去极化状态，彼此之间无电位差，曲线又恢复到基线水平 8、QT间期：代表心室肌开始兴奋去极到完全复极到转入静息状态的时间